基于CPU-GPU平臺的虛擬化技術(shù)研究.pdf

1、動態(tài)二進制翻譯(Dynamic Binary Translation,DBT)是一個在運行時將一種可執(zhí)行代碼翻譯到另一種可執(zhí)行代碼的過程，并且經(jīng)過翻譯與優(yōu)化的代碼將被立即放在目標(biāo)平臺上運行。在很多領(lǐng)域它已被證明是一個非常重要的技術(shù)，比如避免在不同平臺之間的代碼移植所需要的代碼重寫的工作，優(yōu)化本地的二進制代碼以提高系統(tǒng)的性能，降低硬件的復(fù)雜度，提高能源利用效率以及為應(yīng)用程序提供動態(tài)分析等。然而由翻譯過程的開銷以及翻譯后的代碼在目標(biāo)平臺上運

2、行的開銷組成的系統(tǒng)開銷使得動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)的性能非常差，這個問題一直困擾著很多研究者。于此同時，隨著具有強大運算能力的圖形處理器(Graphic Processing Units,GPUs)具有可編程功能，很多研究者開始將其當(dāng)做用于加速通用程序的協(xié)處理器。事實上，在很多情況下將通用程序的部分代碼放到圖形硬件上運行將比其直接在傳統(tǒng)CPU上運行獲得的效果更好。然而，當(dāng)前的GPU編程環(huán)境都是基于顯示編程的，這使得對它們的利用變得困難。于此同

3、時，GPU還不能直接執(zhí)行通用程序的可執(zhí)行代碼。
　　為了發(fā)揮DBT與GPU的優(yōu)點同時摒棄它們的缺點，本文提出了一個虛擬執(zhí)行環(huán)境GXBIT。它可將通用程序的可執(zhí)行代碼自動、透明、高效地運行在CPU/GPU平臺上。GXBIT是建立在動態(tài)二進制翻譯器CrossBit基礎(chǔ)上的。GXBIT采用兩遍執(zhí)行模式來解決DBT的高開銷問題，它將一些耗時較多的任務(wù)，比如信息收集、熱塊提取與分析、代碼翻譯等，放在初始階段運行，這樣在以后的運行階段，系統(tǒng)的

4、性能就會明顯提升。在介紹GXBIT的實現(xiàn)之前，為了驗證兩遍執(zhí)行模式的正確性與可行性，文章首先實現(xiàn)了一個在單獨CPU結(jié)構(gòu)下的兩遍運行框架SINOF。在SINOF框架下，其第一遍執(zhí)行是為了收集源可執(zhí)行程序的在目標(biāo)平臺上對應(yīng)的可執(zhí)行代碼及其執(zhí)行信息，然后將經(jīng)過優(yōu)化的目標(biāo)代碼及其信相關(guān)信息加以保存，以利于以后階段的運行。依據(jù)SINOF的驗證結(jié)果，GXBIT的第一階段負責(zé)收集二進制順序代碼中的熱塊及其相關(guān)信息，然后生成可以在CPU/GPU上執(zhí)行的

5、混合代碼，為以后的執(zhí)行做準備。值得一提的是，該虛擬執(zhí)行環(huán)境對那些需要反復(fù)運行的計算密集型的程序非常有效?？傮w而言，本文的貢獻點有以下幾個方面：
　　1.本文將動態(tài)二進制翻譯技術(shù)與GPU相結(jié)合，提出了一個基于兩遍執(zhí)行模式的虛擬執(zhí)行環(huán)境GXBIT。GXIBT可以在不需要源代碼的情況下對通用程序的可執(zhí)行二進制代碼進行加速。該虛擬執(zhí)行環(huán)境是建立在CPU/GPU異構(gòu)平臺上的，它充分發(fā)揮了動態(tài)二進制翻譯技術(shù)的平臺無關(guān)性與GPU的高性能的優(yōu)點，

6、使得以二進制形式存在的通用程序在該虛擬執(zhí)行環(huán)境下自動、透明、高效地運行。
　　2.為了驗證GXBIT虛擬執(zhí)行環(huán)境中所使用的兩遍執(zhí)行模式的可行性，本文首先設(shè)計與實現(xiàn)了一種在單獨 CPU平臺上運行的適合于動態(tài)二進制翻譯的靜態(tài)優(yōu)化架構(gòu)SINOF。該框架能夠有效地屏蔽動態(tài)二進制翻譯過程中用于優(yōu)化過程的信息收集所帶來的開銷，以及優(yōu)化策略的開銷，顯著提高了動態(tài)二進制翻譯的性能。
　　3.為GXBIT引進了一種中間語言GVInst，該中間